저장매체 및 그의 제조방법

플라스틱 시이트 제조 방법 및 이에 사용되는 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR FORMING PLASTIC SHEET}

본 발명은 플라스틱 시이트를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 낮은 잔류 스트레스(stress)과 우수한 표면 품질을 갖는 플라스틱 시이트를 제조하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 플라스틱 시이트는 예를 들어, 광학적 창문, 광학 필터, 기록 매체 및 액정 표시장치("LCD")와 같은 광학 및 전자 표시장치 적용처에 특히 유용하다.

광학 품질 유리 혹은 석영으로된 시이트는 전자 표시장치 적용처내에서 "기판"으로서 유용하다. 이러한 적용처에 있어서, "기판"은 전자 표시장치를 제조하는데 사용되는 물질로된 시이트이다. 이같은 기판은 투명하고, 반투명하거나 불투명할 수 있으나, 전형적으로는 투명하다. 일반적으로 이같은 기판은 기판으로서 사용하기에 앞서 전도성 코팅을 적용한다. 이러한 기판은 흔히 광학 투명도, 평탄도 및 최소 복굴절율에 대하여 설득력있는 규격을 갖으며, 전형적으로는 가스 및 용매 투과에 대한 저항성을 가져야만 한다. 휨성, 내충격성, 경도 및 내긁힘성과 같은 기계적 특성들이 또한 중요한 고려 요인이다. 유리 혹은 석영 시이트는 이들 물질들이 광학 및 평탄도 요구에 부합되고 우수한 내열성 및 내화학성과 차단성을 갖으므로 표시장치 적용처에 사용되어 왔으나, 이들 물질은 원하는 몇몇 기계적 특성, 가장 현저하게는 낮은 밀도, 휨성 및 내충격성은 갖지 않는다.

광학 혹은 표시장치 적용처에서의 유리 혹은 석영 시이트의 기계적인 제한으로 인하여, 이같은 적용처내에 플라스틱 시이트를 사용하는 것이 바람직하다. 플라스틱 시이트가 비록 동일 두께로된 유리 혹은 석영 시이트보다 큰 휨성을 갖고, 파단에 보다 저항성이 있고 경량이라고 하여도, 광학 및 표시장치 적용처에 사용하는데 필요로 하는 필수적인 광학 규격을 갖는 플라스틱 시이트를 합리적인 가격으로 제조하기란 매우 어렵다. 더욱이, 많은 타입의 플라스틱 시이트가 표시장치의 제조도중 기판 가공 조건, 특히 온도에 관하여 수행될 때, 수용불가능한 치수 변형을 겪는다.

플라스틱 시이트와 필름을 제조하는데 있어, 주조, 압출, 성형 및 스트레칭 조작을 포함하여 여러 가지 통상 사용되는 방법이 있다. 이들 방법중 다수가 고품질 플라스틱 시이트를 제조하기에 적절하지 않다. 본 명세서를 통하여 사용된 용어 "고품질"은 낮은 표면 거칠기, 낮은 파동(waviness), 작은 두께 편차 및 최소량의 중합체 사슬 배향(예를 들면, 비대칭 물성, 복굴절율 혹은 열 수축율에 의해 측정됨)과 같은 특성을 갖는 플라스틱 시이트를 기술하는데 사용된다.

예를 들어, 사출 성형은 용융 플라스틱의 성형물로의 흐름으로 인하여 특히 박막(즉, 1mm 두께 이하)에 대하여 과량의 중합체 사슬 배향을 제공할 것이며, 이는 무시못할 정도의 광탄성도(스트레스 광학) 계수를 갖는 중합체에 대하여 복굴절율을 수용불가능하게 증가시킨다. 사출 압축 성형은 표면 품질을 개선시키고, 중합체 사슬 배향을 감소시킬 목적으로 사출후 중합체를 압착하게끔하는 개선된 성형 공정이다. 그러나, 이와 같은 개선에도 불구하고, 사출 압축 성형은 고품질 시이트를 제조하는데 있어 한정된 성능을 갖는다.

압축 성형 및 프레스 가공은 우수한 표면 품질을 갖는 시이트를 제조하는데 사용될 수 있으나 이들 공정내에서 고유한 압착 흐름은 열 사이클동안 수용불가능한 수축율을 갖는 중합체 사슬 배향을 낳는다. 더욱이, 이들 공정은 연속적으로 실시가능하지 않으며, 따라서 노동 및 생산 단가를 올린다.

스트레칭 조작(예를 들면, 단축- 혹은 이축-배향된 필름 제조용) 및 취입된 필름 압출은 본질적으로 다량의 중합체 사슬 배향을 도입하므로 고품질 플라스틱 시이트의 제조에는 적절치 않다.

용매 주조는 고품질 필름을 제조하는데 사용될 수 있으나; 이 방법에 의해 제조될 수 있는 최대 필름 두께에는 실질적인 제한이 있다. 부가하여, 주조시 사용된 용매는 시이트를 형성한 다음 제거되어야만 한다.

시이트 압출은 연속 조작으로 수행되나, 이 공정은 다이내에서 그리고 롤 스택(roll stack)내 가공된 롤러간의 중합체 흐름의 성질에 기인하여 수용불가능한 중합체 사슬 배향을 도입한다.

이에 본 발명의 목적은 상대적으로 단가가 싸고, 고품질이며, 광학 및 전자 표시장치 적용처에서 기판으로서 사용될 수 있는 플라스틱 시이트를 연속식으로 제조하는 방법을 제공하려는데 있다.

도 1은 본 발명의 전형적인 장치의 정면도이고,

도 2는 도 1의 장치의 측면도이고,

도 3a∼3c는 오버플로우 다이 20의 부분확대도이며, 도 3a는 가열 매니폴드가 부착된 다이의 투시도이며, 도 3b는 다이의 상부도이며, 도 3c는 다이의 측면도이다.

도 4는 오버플로우 다이 20의 단면도이다.

도 5 내지 7은 본 발명의 오버플로우 다이의 대체 실시예이며, 이중에서 도 5는 다이 20의 슬롯 22 대신에 일련의 구멍을 갖는 오버플로우 다이를 도시한 도면이며,

도 6은 경사지지 않는 슬롯을 갖는 오버플로우 다이를 도시한 도면이며,

도 7은 "코트행거(coathanger)" 배열을 갖는 오버플로우 다이를 도시한 도면이다.

*도면의 주요한 부위에 대한 설명*

10... 공급원 12... 채널(channel)

14... 운반 수단 15... 히터

20... 오버플로우 다이 21... 도관 개방구(conduit opening)

22... 도관 23... 슬롯(slot)

27... 용융 웹 40, 41... 립(lip)

31, 32, 33, 34... 탱크 트레드(tank tread) 36... 냉각 수단

본 발명의 일견지에 의하면,

a)용융 플라스틱 수지를 제공하는 단계;

b)상기 용융 플라스틱 수지를 유입구 및 출구를 갖는 오버플로우 다이로 보내는 단계;

c)상기 용융 플라스틱 수지를 상기 오버플로우 다이를 사용하여 용융 웹으로 성형하는 단계;

d)상기 용융 웹을 상기 오버플로우 다이로부터 안내하는 단계; 및

e)상기 용융 웹을 냉각시켜 고형분 시이트를 형성하는 단계;로 이루어지는 방법에 의해 제조된 고품질 플라스틱 시이트의 하나이상의 층;

상기 시이트의 최소 일측에 배치된 반사 혹은 절반반사(semireflective)층; 및

임의로 상기 시이트의 최소 일측상에 배치된 보호층; 으로 이루어지는 광학 저장 매체가 제공된다.

본 발명의 제2 견지에 의하면,

a)용융 플라스틱 수지를 제공하기 위한 공급원;

b)정단(apex)내에서 정점에 이르는 실질적으로 달걀-형태 단면, 도관 개방구, 및 상기 도관 개방구와 연결된 계량 장치(metering arrangement),로 이루어지는, 길이와 너비를 갖고,

여기서 상기 용융 플라스틱 수지는 도관 개방구를 통하여 다이내로 흐르고, 계량 장치를 통하여 다이 외부로 흐르고, 상기 정단에서 다이의 측면 주변으로 흘러 용융 웹을 형성하는 오버플로우 다이;

c)상기 용융 플라스틱 수지를 상기 공급원으로부터 상기 오버플로우 다이로 운반하는 수단;

d)상기 용융 웹을 상기 오버플로우 다이로부터 안내하는 안내 수단;

e)상기 운반 수단과 상기 오버플로우 다이사이에 배치된 필터링을 위한 수단; 및

f)상기 필터 수단과 상기 오버플로우 다이사이에 배치된 혼합을 위한 수단; 으로 이루어지는 고품질 플라스틱 시이트를 제조하기 위한 장치가 제공된다.

본 발명의 제3 견지에 의하면,

a)용융 플라스틱 수지를 제공하는 단계;

b)상기 용융 플라스틱 수지를 유입구 및 출구를 갖는 오버플로우 다이로 보내는 단계;

c)상기 용융 플라스틱 수지를 오버플로우 다이를 사용하여 용융 웹으로 성형하는 단계;

d)상기 용융 웹을 상기 오버플로우 다이로부터 안내하는 단계; 및

e)상기 용융 웹을 냉각시켜 고형분 시이트를 형성하는 단계;로 이루어지는 방법에 의해 제조되며,

상기 플라스틱 수지가 폴리카보네이트이면, 비스페놀 성분으로서 (1)1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산; (2)2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판과 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산의 혼합물; (1)과 (2)의 혼합물; 혹은 (1) 또는 (2)와 비스페놀 성분으로서 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판을 함유하는 제2 폴리카보네이트와의 혼합물;을 포함하지 않는 시이트의 최소 일측에 전자 구성성분이 배치된 고품질 플라스틱 시이트로 이루어진 액정 표시장치용 기판이 제공된다.

본 발명의 제4견지에 의하면,

a)용융 플라스틱 수지를 제공하는 단계;

b)상기 용융 플라스틱 수지를 유입구 및 출구를 갖는 오버플로우 다이로 보내는 단계:

c)상기 용융 플라스틱 수지를 오버플로우 다이를 사용하여 용융 웹으로 성형하는 단계;

d)상기 용융 웹을 오버플로우 다이로부터 안내하는 단계; 및

e)상기 용융 웹을 냉각시켜 고형분 시이트를 형성하는 단계;로 이루어지는 공정에 의해 제조된 시이트의 최소 일측에 자기 층(magnetic layer)이 배치된 고품질 플라스틱 시이트로 이루어진 자기 저장 매체가 제공된다.

본 발명의 제5견지에 의하면,

a)용융 플라스틱 수지를 제공하는 단계;

b)상기 용융 플라스틱 수지를 유입구 및 출구를 갖는 오버플로우 다이로 보내는 단계;

c)상기 용융 플라스틱 수지를 상기 오버플로우 다이를 사용하여 용융 웹으로 성형하는 단계;

d)상기 용융 플라스틱 수지를 빛에 국지적으로 노출시 광학 특성에 있어 변화를 겪게 되는 하나이상의 염료, 안료 혹은 그 혼합물과 혼합한 다음 상기 용융 수지를 오버플로우 다이를 사용하여 웹으로 성형하는 단계;

e)상기 용융 웹을 오버플로우 다이로부터 안내하는 단계; 및

f)상기 용융 웹을 냉각시켜 고형분을 형성하는 단계; 에 의해 제조되며, 그 내부에 하나이상의 안료, 염료 혹은 그 혼합물이 분산된 고품질 플라스틱 시이트로 이루어진 3-차원 광학 저장 매체가 제공된다.

본 발명의 제6견지에 의하면,

a)용융 플라스틱 수지를 제공하는 단계;

b)상기 용융 플라스틱 수지를 유입구와 출구를 갖는 오버플로우 다이로 보내는 단계;

c)상기 용융 플라스틱 수지를 상기 오버플로우 다이를 사용하여 용융 웹으로 성형하는 단계;

d)상기 용융 웹을 상기 오버플로우 다이로부터 안내하는 단계;

e)상기 용융 웹을 냉각시켜 고형분 시이트를 형성하고; 상기 시이트를 중합체 필름으로 코팅하고; 상기 코팅된 시이트상에 엠보싱 처리에 의해 정보를 엔코딩하는 단계;로 이루어지는 공정에 의해 고품질 플라스틱 시이트를 제조하는 단계로 이루어지는, 고품질 플라스틱 시이트의 상부에 정보가 엔코딩된 광학 저장 매체를 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명의 제7견지에 의하면,

a)용융 플라스틱 수지를 제공하는 단계;

b)상기 용융 플라스틱 수지를 유입구 및 출구를 갖는 오버플로우 다이로 보내는 단계;

c)상기 용융 플라스틱 수지를 오버플로우 다이를 사용하여 용융 웹으로 성형하는 단계;

d)상기 용융 웹을 오버플로우 다이로부터 안내하는 단계;

e)상기 용융 웹을 냉각시켜 고형분 시이트를 형성하는 단계; 및

f)상기 냉각 전에, 냉각 도중에, 혹은 냉각후에 시이트에 구조화된 표면을 제공하는 단계;에 의해 제조된, 구조화된 표면을 갖는 고품질 플라스틱 시이트로 이루어지는 광 처리 필름이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 명세서에 사용된 하기 용어는 달리 명확하게 언급되지 않는한, 다음 정의를 갖는다. "유리 전이 온도" 혹은 "Tg"란 중합체가 비교적 단단한 메짐성으로 부터 비교적 유연한 점성(고무질)로 변화하는 동안 측정한 좁은 온도 범위의 중점이다. "플라스틱"은 시이트를 형성할 수 있는 열가소성 중합체와 같은 중합체를 의미한다. 용어 "중합체" 및 "수지"는 명세서를 통하여 상호교환가능하게 사용된다. "시이트"는 두께가 약 25mm이하인 시이트를 의미하며 "필름"(두께가 〈0.5mm인 시이트)을 포함하는 의도이다. "수축율"이란 가열-냉각 사이클을 거친 시이트내에서 일어나는 가변적인 치수 변화를 의미한다. 용어 "비스페놀 A" 및 "2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판"은 본 명세서를 통하여 상호교환가능하게 사용된다. "비스페놀 A 폴리카보네이트"는 비스페놀 A와 포스겐(phosgene)을 함유하는 폴리카보네이트를 의미한다. 하기 약어들이 본 명세서에 사용된다:cm=센티미터; mm=밀리미터; nm=나노미터; μ=미크롱(마이크로미터); g=그램; ㎖=밀리리터; Pa=파스칼; kPa=킬로파스칼; Pa-s=파스칼-초; sec=초; min=분; hrs= 시간; UV=자외선 및 IR=적외선.

모든 온도 기준은 달리 언급이 없는한 ℃이다. 상술된 범위는 달리 특정하게 언급되지 않는한 총괄적인 것이다.

본 발명의 공정에 의해 형성된 고품질 플라스틱 시이트는 이에 한정하는 것은 아니나, LCD 및 일렉트로루미네슨스 표시장치와 같은 전자 표시장치용 기판; 마이크로광학 렌즈 어레이 및 광 조사 필름용 기판; 광학적 창문 및 필터; 도파관 광학; 광학, 자성, 화학적 혹은 다른 타입의 저장 혹은 기록 매체용 기판; 사진 혹은 x-레이 적용처와 같은 화상진찰용 기판; 진단 시스템용 기판; 및 전자 회로용 기판;을 포함하는 다수의 적용처에 사용될 수 있다.

본 발명의 시이트 혹은 필름은 예를 들어 액정 표시 장치와 같은 전자 표시장치의 기판으로서 사용하기에 적절한 것이다. 이같은 기판은 전도성 코팅, 혹은 예를 들어 박막 트랜지스터 혹은 다이오드와 같은 능동 회로 장치의 층을 적용하기 전에 하나이상의 코팅층으로 흔히 피복된다. 적용될 수 있는 코팅의 형태는 교차결합된 코팅, 차단 코팅 및 전도성 코팅을 포함한다.

교차결합된 코팅층은 내용매성, 내마모성을 개선시킬 수 있으며, 플라스틱 기판과 추후의 코팅층간(예를 들어, 유기 및 무기 코팅간)에 접착력을 증진할 수 있다. 교차결합된 코팅층(사용되는 경우)은 플라스틱 기판의 일측면 혹은 양측면에 적용될 수 있다.

차단층은 가스 혹은 습기 투과를 줄이는 코팅층이다. 차단층의 조성은 유기 혹은 무기일 수 있다. 차단 코팅은 차단 코팅의 물질이 내용매성있고 이러한 용매가 플라스틱 시이트로 이동하는 것을 현저하게 방지하거나 감소시킬 수 있다면 또한 내용매성 코팅으로도 유용할 수 있다. 차단층(사용되는 경우)은 플라스틱 시이트의 일측면 혹은 양측면에 적용될 수 있다.

본 발명의 기판은 광학 표시장치에 사용할 목적으로 전도성층으로 피복될 수 있다. 예를 들어 기판이 액정 표시장치(LCD)에 사용되려고 한다면, 전자 구성성분이 기판의 최소 일측면상에 필요로 된다. 전형적으로, 전자 구성성분은 LCD 셀 "내부"에 있고 액정에 가장 근접하는 일측에만 적용된다. 대체 방안으로, 전자 구성성분은 기판의 양측면에 적용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 보호코팅, 컬러 필터 코팅 혹은 차단 코팅중 하나이상의 층이 기판과 전자 구성성분사이에 배치되는 것이다. 적절한 전자 구성성분으로는 이에 한정하는 것은 아니나, 능동 회로 장치의 층 혹은 전도성층을 포함한다. 능동 회로 장치의 층을 포함하는 이같은 기판은 LCD내에 사용하기에 특히 적절하다.

본 발명의 기판은 WCO'Mara, Liquid Crystal Flat Panel Dispalys, Van Nostrand Reinhold, New York(1993)과 유사한 물질 및 공정을 도입함으로써 액정 표시장치 셀내로 도입될 수 있다. 기판으로부터 액정 셀을 형성하는 공정은 하나이상의 다음 단계를 포함할 수 있다: 사진평판(photolithographic) 공정을 사용하여 최소하나의 기판상에 투명한 전도성 필름을 패턴화하는 단계, 2개의 기판상에서 전도성 코팅에 액정 정렬 물질을 적용하는 단계, 상기 정렬층을 접찰시켜 기판에 정렬 특성을 부여하는 단계, 최소 하나의 기판에 스페이서(spacer) 입자를 적용하는 단계, 최소 하나의 기판에 에지 실(edge seal)을 적용하는 단계, 2개의 기판을 전도성 층과 서로 마주보는 적절한 배향으로 접촉시키는 단계, 상기 에지 실을 경화하는 단계, 기판간에 형성된 좁은 갭내로 액정을 주입하는 단계, 및 갭을 밀봉하는 단계. 본 발명의 기판은 액정과 중합체의 복합물을 도입하는 타입, 디스플레이 그림 요소가 기판상에 회로 소자에 의해 능동으로 어드레스되는 타입(능동 매트릭스 디스플레이), 및 상기 디스플레이 그림 요소가 수동으로 어드레스되는 타입(소위 수동 매트릭스 디스플레이),을 포함하는 모든 타입의 액정 표시장치 셀내에서 사용될 수 있다.

본 발명의 시이트는 광학 저장 매체에서 기판으로서 사용하기에 적절하다. 적절한 광학 저장 매체는 이에 한정하는 것은 아니나, 콤팩트 디스크, 기록가능한 콤팩트 디스크, 읽기/쓰기 콤팩트 디스크, 디지탈 다목적 디스크, 기록가능한 디지털 다목적 디스크, 읽기/쓰기 디지털 다목적 디스크 및 자기-광학 디스크를 포함한다.

콤팩트 디스크("CD") 및 디지털 다목적 디스크("DVD")는 중합체 기판상에 피트(pit)와 홈(groove)으로 엔코드된 정보를 포함한다. 상기 피트의 순서 및 길이는 기판을 통하여 초점맞춰진 레이저 빔으로 읽은 정보를 엔코드한다. 콤팩트 디스트의 전형적인 제조에 있어서, 상기 피트와 홈은 성형물내에 있는 압인기(stamper)로부터 기판상으로 반복된다. 일단 기판이 성형된 다음에는, 알루미늄이나 금과 같은 반사 물질로된 박층의 부착에 의해 금속화된다. 그런 다음 상기 기판은 임의로 라벨을 제공하는 것과 같은, 잉크가 적용될 수 있는 래커 혹은 수지로 코팅될 수 있다. 광학 데이터 저장에 있어 개선은 개선된 정보량을 엔코딩하는데 필요로 하며, 이는 피트와 홈사이의 공간을 감소시킨다. 이같은 빽빽히 충진된 정보(즉, 고밀도)의 읽기시 오차를 방지하기 위하여, 쓰기가능한 디스크인 경우에는 제조 혹은 쓰기 조작중에 피트와 홈주위에서 변형되지 않도록 기판이 충분히 고밀도인 것이 중요하다. 이같은 변형은 엔코드된 정보의 읽기시 오차를 유발한다. 본 발명의 잇점은 제조된 고품질 광학 플라스틱 시이트가 공지된 사출 성형된 기판보다 낮은 복굴절율, 보다 낮은 표면 거칠기 및 보다 큰 치수 안정성을 갖는다는데 있다. 이는 피트 및 홈주위에 매우 작은 변형을 갖는 보다 고밀도의 엔코드된 정보에 대하여, 광학 변형없이 엔코드된 정보의 쓰기 및 읽기를 제공하고, 보다 큰 신호를 노이즈 비로 주게끔 한다.

DVD는 일반적으로 콤팩트 디스크와 같은 방식으로 제조되나, 나아가 제1(반복된) 표면의 상부에 하나이상의 정보 부가층을 엔코드하도록 부가된 절반반사층 및 중합체층을 갖는다. 또한 DVD는 투명한 접착제로 결합된 2이상의 디스크를 가짐으로써 정보 함량을 개선시킬 수 있다. 전형적으로 DVD는 2∼4층으로 이루어진다.

본 발명의 시이트가 광학 저장 매체내에서 기판으로서 사용될 때, 광학 저장 매체는 a)본 방법에 의해 제조된 고품질 플라스틱 시이트; b)상기 시이트의 최소 일측상에 배치된 반사 혹은 절반 반사층; 및 임의로 c)시이트의 최소 일측상에 배치된 보호층;을 포함한다. 상기 반사 혹은 절반반사층은 어떠한 반사 혹은 절반반사 물질로부터 형성될 수 있다. 반사층이 사용될 때, 상기 반사층은 알루미늄 혹은 금과 같은 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 이같은 반사층은 전형적으로는 스퍼터링 혹은 진공 증착에 의해 기판에 적용된다. 절반반사층이 사용될 때, 상기 절반반사층은 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 절반반사층에 사용하기 적절한 금속으로는 이에 한정하는 것은 아니나, 금, 알루미늄, 및 알루미늄 합금과 같은 금속 합금을 포함한다. 금속이 절반반사층에 사용될 때, 물질의 매우 박층만이 필요로 된다. 보호층은 원하는 광학 특성을 간섭하지 않는 플라스틱 기판 혹은 반사층에 적용된 어떠한 코팅일 수 있다. 상기 보호층은 래커 혹은 수지인 것이 바람직하다. 상기 플라스틱 기판은 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트, 및 그 혼합물의 단일중합체 및 공중합체로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

정보는 본 발명의 시이트를 포함하는 광학 저장 매체상에 엠보싱 혹은 영상처리(imaging)와 같은 어떠한 공지된 수단에 의해 엔코드될 수 있다. 예를 들면, 광학 저장 매체는 MTGale, Micro-Optics,(Ed.HPHerzig), Taylor ＆ Francis, London, UK, chapter 6,(1997)에 기술된 것과 같은 가열 엠보싱 공정에 의해 제조될 수 있다. 상기 가열 엠보싱은 기판상에 정보를 엔코드하는데 가열된 압인기를 사용한다. 가열 압인기는 연속 공정(롤 대 롤) 혹은 압착 성형과 같은 개별 공정에 사용될 수 있다. 대체 방안으로, 상기 기판은 우선 엠보싱 처리에 앞서 중합체 박막으로 코팅될 수 있다. 적절한 중합체 필름은 이에 한정하는 것은 아니나, 라텍스, 광중합체 및 자외선 경화가능한 수지를 포함한다. 중합체 코팅의 두께는 일반적으로는 0.05∼10미크롱, 그리고 바람직하게는 0.1∼1미크롱이다. 이같은 중합체 필름은 엔코드된 정보의 보다 많은 반복으로 보다 빠른 엠보싱 처리를 낳는다.

대체 방안으로, 광학 저장 매체상에 정보를 엔코드하는데 광중합체가 사용될 수 있다. 광중합체가 사용될 때, 이들은 우선 기판상에 코팅된다. 그런 다음 코팅된 기판은 반도체 산업에 사용되는 것과 같은, 이 기술 분야에서 공지된 어떠한 석판(lithographic) 공정을 사용하여 영상화된다.

정보가 기판상에 엔코드된 다음, 기판은 반사 혹은 절반반사층으로 코팅되고 상기 반사 혹은 절반반사 표면을 보호하기 위해서 자외선 경화가능한 수지로 임의로 피복된다. 상기 반사 혹은 절반반사층은 스퍼터링 혹은 진공 증착에 의해 적용될 수 있다. DVD 제조시, 엔코드된 기판은 바람직하게는 절반반사층으로 코팅된다. 최종층상에 반사 혹은 절반반사 표면은 전형적으로는 자외선 경화가능한 수지로 코팅된다.

정보를 엔코드하는데 사용되는 피트는 0.01∼1미크롱 깊이이며, 바람직하게는 0.04∼0.15미크롱 깊이이며, 0.4∼10미크롱 길이일 수 있다. 광학 저장 매체는 전형적으로는 최대 0.6∼1.2mm두께이다. 광학 저장 매체에 사용된 기판의 복굴절율은 전형적으로는 50nm이하이며, 바람직하게는 30nm이하이다.

본 발명에서 제조된 고품질 시이트는 광학 상-변화 매체용 기판으로서 사용된다. 광학 상-변화 매체는 1회 쓰고 다수회 읽을 수 있는 것과 다수회를 쓰고 읽을 수 있는 것이다. 적절한 광학 상-변화 매체는 이에 한정하는 것은 아니나, 1회 기록콤팩트 디스크("CD-R"), 1회 기록 디지털 다목적 디스크("DVD-R"), 자기광학 매체("MO"), 및 상 변화 매체("PD"), 읽기/쓰기 콤팩트 디스크("CD-RW"), 및 읽기/쓰기 디지털 다목적 디스크("DVD-RW")을 포함한다. 예를 들면, 다수의 상-변화 매체가 H.Bennett, Emedia Professional, Online Inc., Wilton, CT, 1998년 7월, page 31에 개시되어 있다. 광학 상-변화 매체는 전형적으로는 레이저 추적 목적의 나선형 홈, 반사 혹은 절반반사층, 기판과 상기 반사 혹은 절반반사층간에 배치된 상-변화 매체 및 반사 혹은 절반반사층에 대하여 UV 경화가능한 보호 코팅,을 갖는 고품질 기판으로 이루어진다.

정보는 변형(즉, 피트를 생성) 혹은 상-변화(결정질에서 비정질로의 전이)를 유발하는 반사층상에서 레이저 빔을 1미크롱이하(submicron) 스팟상에 초점화함으로써 상-변화 매체상에 엔코드되어 반사율에 있어 변화를 낳는다. 이와는 달리 자기-광학("MO") 저장 매체내에서는, 반사광의 편광에 있어 변화가 있다.

광학 상-변화 매체내의 나선형 홈은 엠보싱 혹은 영상 처리에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 고품질 시이트는 중합체 레이저로 코팅된 다음 가열 압인기로 엠보싱 처리함으로써 나선형 홈을 제조할 수 있다. 대체 방안으로, 광중합체가 본 발명의 고품질 시이트에 적용되고 코팅을 경화된 다음, 상기 홈은 석판 공정에 의해 윤곽을 명확히 한다. 상-변화 매체에 사용하기 위하여 고품질 광학 시이트를 코팅하는데 유용한 중합체는 엔코딩 공정의 차후 고온 증착 단계를 견딜 정도로 충분히 높은 전이 온도를 갖아야한다. 나선형 홈의 너비 및 경사도는 특정 매체의 구조에 의존하나, 전형적으로는 0.1∼10미크롱 범위이고, 바람직하게는 0.4∼2미크롱 범위인 것이다. 엔코드된 정보의 스팟 크기는 전형적으로는 0.4∼10미크롱 범위내인 것이다.

기록가능한 광학 상-변화 매체내에서 유용한 기록가능한 매체는 특정 상-변화 매체에 의존하며, 이 기술분야에서 숙련된 자에게 공지되어 있다. 예를 들어, CD-R내에서 기록가능한 매체는 전형적으로는 홈파진 기판상에 스핀 코팅된 용매내에 용해된 다른 중합체 첨가제를 갖는 시아닌 혹은 프탈로시아닌과 같은 염료로 이루어진다. 홈 패턴을 변형시키거나 기판을 휘게 할 정도로 고품질 플라스틱 기판에 상호작용하지 않는한 어떠한 염료라도 적절한 것이다. 적절한 염료로는 유기 염료, 무기 염료 및 그 혼합물을 포함한다. 그런 다음 상기 염료 코팅을 건조시키고, 금속화하고 UV 경화가능한 수지로 코팅시켜 최종 CD-R을 제조한다.

MO 저장 매체는 고품질 기판, 상기 기판의 최소 일측면상에 배치된 자기-광학층, 상기 자기-광학층상에 배치된 반사 혹은 절반반사층 및 임의로 상기 기판의 최소 일측상에 배치된 보호층을 포함한다. MO 매체에 있어서, GdFeCo 혹은 TbFeCo와 같은 코발트의 여러 가지 합금과 같은 자기광학층은 홈파진 기판상에 증착된다. 기판에서 기판으로부터의 열전이를 보조하도록 상기 코발트 합금층상에 부착층이 부착될 수 있다. 그런 다음 자기 도메인은 국지적인 가열을 제공하도록 초점맞춘 레이저 및 도메인의 극성을 전환시키도록 자기 헤드의 결합을 이용하여 쓰기처리된다. CD-RW 및 DVD-RW에 있어서, 층의 결합은 M.Elphick, Data Storage, Penwell, Nashua, NH, 1998년 9월, page 85,에 기술된 것과 같은 홈파진 고품질 플라스틱 기판상에 부착된다. 이러한 층은 ZnS.SiO ₂ 와 같은 저부 보호층, Ge ₂ Sb ₂ Te ₅ 와 같은 기록가능한 층, 상부 보호층, 상부 반사 물질층 및 최종적으로 보호성 UV 경화가능한 래커로 이루어진다.

본 발명의 고품질 시이트는 읽기 레이저 빔이 반사되고 기판을 통하여 투과되지 않는 저장 매체내에서 기판으로서 사용하기에 적절하다. 이같은 저장 매체에 있어서, 상기 읽기 레이저 빔은 고형분 침지 렌즈(SIL)을 사용하여 기판 및 기록 매체상에 초점을 맞춘다. 이들 렌즈는 빛의 파장의 분획 거리를, 전형적으로는 10∼100nm의 거리로 표면상을 활주한다. 이 적용처에 있어서, 상기 기판은 광학적으로 투명하지 않아야 하나, 이들 기록 매체가 매우 낮은 거칠기를 갖는 것이 본질적이다. 이들 근거리 필드 광학의 적용처는 Mansfield등., Appl. Phys. Lett., 57, 1990, page 2615에 기술되어 있다.

다층 저장 매체는 데이터 저장 밀도를 증가시키는 수단이다. 이같은 저장 매체에서는, CD내에서와 같이 반복된 피트로된 단일층이나 표준 DVD에서와 같이 2∼4층을 사용하는 대신에 데이터를 저장하는데 2이상의 층이 사용된다. 예를 들어 미국 특허 4,450,553, 5,202,875, 5,263,011, 5,373,499 및 5,627,817호는 다층 저장 매체에 대하여 기술한다. 다층 매체에 있어서, 현행의 표준과 양립하기 위해서는 매체의 총 두께가 1.2mm인 것이 바람직하다. 따라서 6이나 12층 매체는 두께가 각각 0.2mm 혹은 0.1mm를 갖는 각 기판층을 필요로 한다. 현행 사출 성형의 방법은 필요로 하는 광학 특성을 갖는 박막 기판을 제조할 수 없는 것으로 이 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 이같은 박막, 사출-성형된 기판은 휘어질 것이며 큰 스트레스와 복굴절율을 갖을 것이다. 이와는 달리, 본 발명의 고품질 시이트는 매우 평활한 표면, 낮은 스트레스 및 낮은 복굴절율을 갖는 박막 기판을 제조하는데 사용될 수 있다.

단일층 CD상에 피트 구조를 반복하기 위하여 상술된 방법은 또한 다층 저장 매체에 이롭게 적용될 수 있다. 예를 들어 하나이상의 중합체층(코팅)이 연속 공정에 의한 것과 같이, 기판에 적용될 수 있다. 일단 코팅되면, 데이터는 가열 압인기로 엠보싱 처리하는 것에 의해 시이트상에 엔코드된다. 대체 방안에 있어서, 광중합체가 기판상에 코팅될 수 있으며, 데이터는 광학 영상 처리(석판)에 의해 엔코드된다. 일단 데이터가 기판상에 엔코드되면, 빛이 각 기판층으로부터 반사되도록 각 기판층에 절반반사 금속성 혹은 좁은 대역(bandpass) 유전층이 적용된다. 그런 다음 각각의 기판층은 접착 연결층을 사용하여 적층되어 원하는 다층 저장 매체를 생성한다.

본 발명의 고품질 시이트는 또한 다층 고쳐쓰기가능한 저장 매체에서 기판으로 유용하다. 이같은 매체에 있어서, 일단 각각의 시이트가 형성되고 코팅되면, 이들은 나선형 홈 패턴으로 엠보싱된다. 그런 다음 상 변화 혹은 MO 매체와 같은 매체가 플라스틱 기판상에 증착되고, 이어서 절반반사 금속성 혹은 좁은 밴드 유전층의 적용처에 증착된다. 그런 다음 각각의 기판층은 접착 연결층을 사용하여 적층되어 원하는 다층 저장 매체를 형성한다.

본 발명의 고품질 시이트가 자기 저장 매체내에 사용될 때, 상기 자기 저장 매체는 시이트의 최소 일측면상에 배치된 자기 합금을 갖는 본 방법에 의해 제조된 고품질 플라스틱 시이트를 포함한다. 본 발명의 어떠한 고품질 시이트라도 자기 저장 매체에 기판으로서 사용하기에 적절하다. 상기 자기 합금은 스퍼터링에 의해 고품질 시이트에 적용되는 것이 바람직하다. 임의로 상기 고품질 시이트는 나아가 보강제를 포함할 수 있다. 보강제는 고품질 시이트가 개선된 모듈러스(강성)을 필요로 하는 적용처에 유용하다. 적절한 보강제는 이에 한정하는 것은 아니나, 유리 섬유, 활석, 실리콘 니트라이드, 점토 및 그 혼합물을 포함한다. 본 발명의 시이트는 알루미늄 디스크와 같은 자기 저장 매체에 대하여 공지된 기판보다 경량이고, 평활성있고, 강성이고, 강인성인 잇점을 제공한다.

본 발명의 고품질 시이트는 또한 3-차원("3-D") 광학 저장 매체용 기판으로서 유용하다. 3-D 광학 저장 매체는 컴퓨터 하드 드라이브 혹은 유사한 데이터 저장 장치와 같은 고밀도 데이터 저장을 필요로 하는 어떠한 적용처에 유용하다. 이같은 3-D 광학 저장 매체는 정보가 3차원 공간에 저장되고 기판의 평면내에만 있는 것이 아니라는 점에서 CD-ROM 혹은 자기 저장 매체와 같은 통상의 2차원 저장 매체와는 다르다. 그 결과 저장 수용력이 제곱 인치당(6.45㎠당) 기가바이트에서 세제곱 인치당(16.39㎤당) 테라바이트로 몇배 증가한다. 3-D 광학 저장 매체의 다수 실시예가 알려져 있다. 이는 LiNbO ₃ 와 같은 무기 물질(혹은 안료) 및 유기 물질(혹은 염료)에 기초로 하는 것을 포함한다. 3-D 광학 저장 매체에 유용한 유기 물질의 예는 편광화된 레이저 빔에 의해 광학 여기시 가역의 착색 및 표백을 겪게 되는 광크롬(photochromic) 염료; 국지적 복굴절율에 있어 변화를 유발하는 레이저 빔의 전기장내에 배향하는 측쇄 액정 중합체; 염료 분자가 휨성 스페이서로 주쇄에 접착되고, 국지적 복굴절율에 있어 변화를 유발하는 편광화된 레이저 빔내에 배향하는 염료 분자 함유 측쇄를 갖는 비정질 중합체; 상기 측쇄내에 아조 함유 염료 분자를 갖는 중합체; 레이저빔내에서 여기시 전기적 전이를 겪게 되는 감광성 단백질 분자; 광굴절 물질; 및 광중합체;를 포함한다.

전형적으로 3-D 광학 저장 매체는 광학특성에 있어 국지적 변화를 유발하는, 즉 복굴절율 혹은 흡수에 있어서의 변화를 통하여 편광된 광을 이용한다. 레이저, 바람직하게는 편광된 레이저는 전형적으로는 이러한 매체가 특정 지점에 초점을 맞출 수 있는 광원, 일반적으로는 1미크롱 이하 크기를 필요로 하는 것과 같은 3-D 광학 저장 매체내에서 광원으로서 사용된다. 레이저의 좁은 선 폭은 특정한 지점에 초점맞추게 한다. 예를 들어, 유기 물질을 사용한 이같은 3-D 광학 저장 매체내에서, 편광된 레이저 빔은 흡수 스펙트럼과 국지적 광학 밀도를 변화시키는 염료내 시스-트란스 전이를 유발한다. 따라서 상기 매체는 분자내 쓰기에 사용되는 레이저 빔을 변형하지 않도록 매우 작은 복굴절율을 갖는 것이 본질적이다. 저장된 정보를 읽을 때 상기 매체는 매우 작은 복굴절율을 갖는다. 상기 쓰기 레이저 빔이 국지적 광학 특성에 있어 측정가능한 변화를 유발하도록 신호에 대한 노이즈 정량("SNR")이 크기 위해서는, 매트릭스가 매우 작은 복굴절율을 갖아야 한다는 것이 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 잘 알려져있다. 만일 매트릭스가 높은 복굴절율을 갖는다면, SNR이 작게 되므로 3-D 공간내에 저장된 데이터를 읽기가 매우 어려울 것이다.

따라서 본 발명의 고품질 광학 시이트를 사용하고 이같은 시이트내에 하나이상의 안료, 염료 혹은 그 혼합물을 분산시키는 것에 의해 3-D 광학 저장 매체를 제조할 수 있다. 안료, 염료 혹은 그 혼합물은 LiNbO ₃ , 광크롬성 염료, 측쇄 액정 중합체, 염료 분자 함유 측쇄를 갖는 비정질 중합체, 측쇄내에 아조 함유 염료 분자를 갖는 중합체; 감광성 단백질 분자, 광굴절 물질; 및 광중합체로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한 그 흡수도, 편광된 레이저 빔의 전기장내에서의 배향을 변화시키는 전자 전이를 겪는 중합체, 안료 또는 기타 무기 물질을 국지적인 굴절율 혹은 굴절율에 있어 변화를 유발하는 교차결합과 같은 화학 반응에 있어 변화를 낳도록 어떠한 분자내에 혼합할 수 있다.

용융 수지를 오버플로우 다이를 사용하여 웹으로 성형하기 전에 전형적으로 염료, 안료 혹은 그 혼합물을 용융 플라스틱 수지와 혼합함으로써 염료, 안료 혹은 그 혼합물이 본 발명의 광학 시이트내로 도입된다.

본 발명에 의해 제조된 시이트는 회로 기판 제조시, 특히 회로층에 대한 기판으로서 사용하기에 적절하다. 다층 인쇄 회로 기판은 다양한 적용처에 사용되며, 중량과 공간의 보존에 있어 현저한 잇점을 제공한다. 다층 기판은 2이상의 회로층으로 이루어지며, 각 회로층은 유전 물질의 하나이상의 층에 의해 다른 것으로부터 분리된다. 회로층은 구리층을 중합체 기판상에 적용함으로써 형성된다. 그런 다음 인쇄 회로는 이 기술 분야에서 잘 알려진 기술, 예를 들어 인쇄 및 식각에 의해 구리층상에 형성되어 회로 배치를 정의하고 제조한다.

적층후, 기판 표면을 통하여 관통홀(through-hole)을 천공함으로써 다층 회로층이 연결된다. 관통홀 천공으로 더러워진 수지는 다소 가혹한 조건하에, 예를 들어 진한 황산 혹은 뜨거운 알칼리성 과망간산염으로 처리하여 제거한 다음, 나아가 관통홀을 가공하고 도금시켜 전도성 상호연결 표면을 제공한다. 적층하기에 앞서, 회로층은 전형적으로는 접착 증진제로 처리되어 각 회로층과 삽입된 수지층간에 결합 강도를 개선시킨다. 이같은 결합 강도를 개선하는 일 바람직한 방법은 그 상부에 구리 산화물 표면 코팅층을 형성하도록 회로층을 산화 처리하는 것이다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 시이트가 마이크로광학 렌즈 어레이용 기판으로 사용될 때, 상기 어레이는 광학 저장 매체를 제조하기 위한 어떠한 적절한 수단에 의해 제조될 수 있다. 적절한 마이크로광학 렌즈 어레이는 이에 한정하는 것은 아니나, 직선 프리즘, 2차원 피라미드 어레이, 굴절 렌즈 및 홀로그래피(holography) 렌즈 어레이를 포함한다. 예를 들면, 가열 엠보싱기가 본 발명의 시이트상에 렌즈의 어레이를 엠보싱하는데 사용될 수 있다. 가열 엠보싱기는 압착 성형 프레스내에서 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 시이트는 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트 및 그 혼합물의 단일중합체 및 공중합체로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 이같은 마이크로광학 렌즈 어레이는 표시장치 및 빛의 굴절 혹은 회절을 필요로 하는 영상 적용처에 유용하다. 이같은 적용처는 이에 한정하는 것은 아니나, 헤드-업(head up) 표시장치; 대형 스크린 표시장치; 및 복사기와 팩시밀리 장치와 같은 사무 기기내 소위 렌즈 어레이를 포함한다. 마이크로광학 어레이내에서 사용된 렌즈는 전형적으로는 10∼100미크롱이다. 홀로그래피 렌즈에 있어서, 높이는 전형적으로는 빛의 파장의 분획이고, 측면 치수는 전형적으로는 10∼100미크롱이다.

본 발명의 광학 품질 시이트가 구조화된 표면을 가질 때, 이같은 시이트는 광 취급 혹은 광 조사 필름으로서 사용하기에 적합하다. 광 조사 필름은 제어된 투과 특성을 갖으며, 빛의 입사각에 의해 좌우된다. 예를 들어, 광 조사 필름은 일 표면, 즉 구조화된 표면상에 엠보싱처리된 각진 프리즘의 직선 주기적 어레이를 갖는 중합체 필름으로 이루어진다. 상기 광 조사 필름은 평편한 표면을 통하여 광원으로부터 빛을 수용하고 그 구조화된 면을 통하여 빛을 전송하는 광 조준기로서 작용한다. 상대적으로 큰 입사각으로 이들 필름의 평활한 표면상에 입사한 광은 필름의 평활한 표면 및 구조화된 필름에서 굴절되고 수직으로 필름의 평활한 표면까지 재조사되어 시이트로부터 방출된다. 부가하여, 내부적으로 구조화된 표면을 임계각보다 크게 부딪친 광은 프리즘 요소의 양측 표면, 혹은 부면(facet)으로부터 총 내부 반사를 수행하고 광원에 대하여 역조사된다. 그러나 빛이 필름의 구조화된 측면에서 입사되고 추후에 필름의 평탄면으로 전송될 때, 상보적인 거동이 관찰된다. 즉, 광 조사 필름의 기준 평면에 근접한 각으로 입사한 광은 투과되고, 보다 큰 각으로 입사한 광선은 총 내부 반사에 의해 역반사된다. 이같은 광 취급 혹은 광 조사 필름은 역광 조명과 같은 LCD 조명 시스템에서 사용하기에 특히 적절하다.

전형적으로, 구조화된 표면은 이들이 여전히 가온인 시이트의 표면상에서 혹은 냉각된 시이트상에서 가열 엠보싱기를 사용하여 구조를 엠보싱함으로써 본 발명의 광학 시이트에 제공된다. 구조화된 표면은 본 발명의 광학 시이트를 적절한 점성을 갖는 경화가능한 예비중합체로 코팅하고, 상기 예비중합체 코팅상에 원하는 구조화된 표면을 엠보싱한 다음, 상기 예비중합체를 경화함으로써 제공되는 것이 바람직하다. 상기 예비중합체는 UV-경화가능한 것이 바람직하다. 본 발명의 광학 시이트를 코팅할 수 있고 경화하는 동안 어떠한 엠보싱된 구조를 보유할 수 있는 예비중합체는 광 취급 필름내에서 사용하기에 적절한 점도를 갖는다.

본 발명에 의해 제조된 시이트는 또한 도파관 광학에 사용하기에 적절하다. 적절한 도파관 광학으로는 이에 한정하는 것은 아니나, 능동 및 수동 광자성 절환기, 파장 분리 다층플렉서, 일렉트로루미네슨스 광원, 및 전자광학 모듈레이터를 포함한다. 이들 적용처에 사용될 때, 도파관 광학은 마이크로광학 어레이와 동일한 방식으로 시이트상에 엠보싱될 수 있다. 본 발명의 시이트로부터 제조된 도파관의 잇점은 이들이 대형 시이트로 제조될 수 있으며, 단가가 비싸고 공지 방법의 어려움을 극복할 수 있다는데 있다. 도파관 광학 적용처에 있어서, 이들 시이트가 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트 및 그 혼합물의 단일중합체 및 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명의 시이트는 마이크로유체 장치를 제조하는데 또한 사용될 수 있다. 이러한 장치로는 이에 한정하는 것은 아니나, 생약학 적용처용 소형 진단 시스템, 유체 흐름용 소형 장치, 약제학 및 생화학 적용처용 소형 센서 장치 및 3차원 마이크로유체 시스템을 포함한다. 이들 적용처에 사용될 때, 상기 시이트가 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트 및 그 혼합물의 단일중합체 및 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 시이트에 대한 특정 사용처에 따라, 낮은 수축율, 낮은 복굴절율 및 표면 품질과 같은 시이트 특성들이 비교적 중요할 것이다. 원하는 시이트 두께는 또한 특정 사용처에 따라 다양할 것이나, 일반적으로는 약25mm이하, 바람직하게는 10∼5000μ, 그리고 가장 바람직하게는 50∼1000μ일 것이다. 시이트 두께는 용융 중합체의 다이까지의 운반 속도를 변화시키거나 혹은 이송(takeoff) 수단의 속도를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 시료 길이 400mm에 대한 두께 편차는 일반적으로는 10%이하, 바람직하게는 5%이하, 그리고 가장 바람직하게는 1%이하이어야 한다.

본 발명의 전형적인 장치를 도 1∼4에 도시하였다. 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 명백한 바와 같이, 이들 도면에서 예시된 장치의 변형물이 본 발명의 범주내에서 제조될 수 있다.

공급원 10으로부터의 용융 중합체는 채널 12(바람직하게는 운반 수단 14에 의해 제어됨)에 의해 오버플로우 다이 20으로 운반되며, 여기서 다이 20에 도입되는 것은 도관 개방구 21 및 도관 22를 통하여 도입되는 것이다. 다이 20으로 운반된 용융 중합체의 온도는 다이 20에 근접하여 위치한 히터 15를 사용하여 유지된다. 용융 중합체가 개방구 21을 채움에 따라, 계량 장치, 슬롯 23을 통하여 다이 립 40 및 41상으로 밀어내어 다이 20의 측면 24 및 25주위에서 흘러나온다. 다이 20의 정단 26에서, 측면 24 및 25로부터 흘러나온 용융 중합체가 모여 초기 용융 웹 27을 형성한다.

용융 웹 27은 용융 웹을 다이 20으로부터 안내하는 2쌍의 안내 수단(예를 들면 탱크 트레드 31, 32, 33 및 34)에 의해 그 모서리에서 충진된다. 용융 웹 27이 다이 20으로부터 안내됨에 따라, 웹의 온도는 점진적으로 중합체의 유리 온도 이하로 떨어지고, 그 결과 냉각된 시이트 40을 얻는다. 임의의 실시예에 있어서, 안내 수단 31,32,33,34에 근접하여 위치한 냉각 수단 36은 웹의 온도를 낮추는 것을 돕는다.

용융 수지는 어떠한 다수의 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들어 용융 수지는 중합 반응기, 혼합기, 탈휘발 장치(예를 들어 증발(flash) 칼럼, 낙하 스트랜드 탈휘발기 혹은 권취된 필름 증발기) 혹은 압출기로부터 제공될 수 있다. 중합체 운반 수단(하기 참조)으로서 작용할 수 있으므로, 압출기가 바람직하다. 비록 이중(쌍) 스크류 압출기 혹은 다중 스크류 압출기가 사용될 수 있다고 하여도, 단일 스크류 압출기를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이중쌍 혹은 다중 스크류 압출기가 사용되면, 예를 들어, 역-회전, 공-회전, 맞물림 혹은 맞물리지 않는 것과 같은 어떠한 형태일 수 있다. 수지를 취급하거나 제조하는데 있어서 공지된 기술이 본 공정에서 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이같은 기술로는 건조, 비활성 분위기의 사용, 펠릿 탈제진(dedusting)등을 포함한다.

상기 용융 수지는 산화방지제, UV흡수제, UV 안정화제, 형광 혹은 흡수 염료, 정전 방지 첨가제, 릴리이스제, 충진제 및 미립자와 같은 하나 이상의 플라스틱 첨가제를 포함할 수 있다. 특정한 목적으로 특정 수지에 사용된 첨가제의 형태 및 양은 플라스틱 기술 분야에서 숙련된 자에게 잘 알려져 있으므로 이하에 상술하지는 않는다.

수지가 가공되는 온도는 수지의 조성에 의존할 것이며 가공도중에 변할 수 있다. 상기 온도는 수지가 흐를 정도로 충분히 높아야 하나 수지를 퇴화시킬 정도로 높지는 않아야한다. 작동 조건은 가공하려는 중합체의 타입에 따라 다양할 것이며 이 기술 분야에서 숙련된 기술자에게 알려진 범위내인 것이다. 그러나 일반적인 기준선으로서, 조작 온도는 100∼400℃일 것이다. 예를 들면 PMMA는 압출기 배럴 온도가 150∼260℃이고 용융 온도가 150∼260℃인 압출기로 가공될 수 있다. 폴리카보네이트 혹은 폴리메틸메타크릴이미드와 같은 다른 중합체는 또한 상당히 큰 용융 온도(200∼330℃)에서 사용될 수 있다. 휘발성 물질 및 바람직하지 않은 미립자 물질은 시이트를 형성하기 전에 용융 플라스틱 수지로부터 제거되는 것이 바람직하다. 이는 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 잘 알려진 방법에 의해 달성될 수 있다.

용융된 중합체의 일정 흐름을 운반하기 위한 운반 수단 14는 흐름비를 조절하고 채널 12, 도관 개방구 21 및 도관 22를 통하여 다이 20으로 용융 중합체를 운반하는데 필요한 압력을 제공할 목적으로 필요로 된다. 상기 운반 수단은 이에 한정하는 것은 아니나, 어떠한 적당한 압출기(상술됨), 기어 펌프 혹은 그 혼합물을 포함하는 기계적 용융 펌프의 어떠한 타입을 포함할 수 있다. 간단한 형태로, 상기 운반 수단은 중력 공급, 혹은 정수압(hydrostatic pressure)일 수 있다. 상기 운반 수단은 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 잘 알려진 방법에 의해 선택될 수 있다. 기어-타입 용융 펌프를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 흐름비의 제어를 제공하고 흐름비 변동을 최소화하여 보다 균일한 두께의 시이트를 낳기 때문이다. 부가하여, 용융 펌프의 사용은 중합체의 전단 가열을 감소시킴으로써 용융 수지의 퇴화를 감소시킬 수 있다. 용융 펌프에 대한 온도는 사용되는 플라스틱 수지에 의해 결정되며, 표준 압출 공정과 유사하며, 전형적으로는 수지의 Tg보다 50∼200℃ 크다. 예를 들어 와이드 시이트를 제조하는데 하나이상의 운반 수단이 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 운반 수단은 용융 중합체를 오버플로우 다이의 유입구로 50∼70,000kPa, 바람직하게는 300∼7000kPa, 그리고 가장 바람직하게는 1000∼3500kPa의 범위로 제공하여야 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 중합체 용융물은 운반 수단 14와 다이 20사이를 용융 필터 혹은 혼합기를 통하여 통과한다. 상기 중합체 용융물이 용융 필터를 통하여 통과된 다음 혼합기를 통과하는 것이 바람직하다. 상기 필터는 용융물로부터 겔, 먼지 및 외부 입자를 제거한다. 상기 혼합기는 용융물내에 열 경사도를 최소화하고 용융 필터로부터 기인한 흐름 라인을 제거하기 위해 중합체를 혼합한다. 어떠한 용융 필터라도 본 방법에 사용될 수 있다. 적절한 용융 필터로는 캔들(candle) 필터와 디스크 필터를 포함한다. 필터가 디스크 필터인 것이 바람직하다. 정적 혼합기 혹은 회전 혼합기와 같은 어떠한 혼합기라도 본 발명에서 사용될 수 있다. 상기와 같이 용융 필터 및 혼합기를 사용함으로써 평활도 및 두께 제어의 관점에서 보다 우수한 품질의 플라스틱 시이트를 제조하게 된다.

상기 오버플로우 다이는 용융 플라스틱 수지로부터 시이트를 형성하는데 사용된다. 상기 다이는 계량 장치 및 그 단면에서 정단내에서 정점에 이르는 수렴(converging) 측면을 갖는 오버플로우 표면을 포함한다. 길이 방향 다이의 형태는 실질적으로 선형, 곡선, 타원형 혹은 원형일 수 있다. 다이 높이 대 너비 비는 일반적으로는 1:1∼10:1의 비이고, 바람직하게는 2:1∼5:1, 그리고 가장 바람직하게는 2.5:1∼4:1의 범위내이다. 길이(혹은 원주) 대 높이비는 일반적으로 최소 1:2, 바람직하게는 최소 2:1, 그리고 가장 바람직하게는 최소 3:1이어야만 한다.

오버플로우 다이의 계량 장치 부분은 예를 들면, 홀, 슬롯, "코트행거(coathanger)" 배열 혹은 그 혼합물과 같은, 다이를 가로질러 용융 수지의 흐름 분포를 제어함으로써 시이트 두께 구배를 제어하는 흐름 분포 요소로 이루어진다. 이러한 계량 장치의 예가 도 5∼7에 도시되어 있다. 다른 계량 장치도 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같이 사용될 수 있다. 슬롯 배열이 바람직하다. 다이의 길이는 제조하려는 시이트의 너비에 좌우될 것이나, 평균 슬롯 갭(슬롯 23의 평균 너비) 대 평균 도관 직경(도관 22의 평균 직경)의 비는 일반적으로 최소 1:5, 바람직하게는 최소 1:10, 그리고 가장 바람직하게는 최소 1:20이어야 한다. 최종 두께가 1mm이하인 시이트에 대해서는, 다이를 가로질러 실질적으로 일정한 슬롯이 바람직하다. 두께가 보다 크면, 슬롯이 공급 말단에서는 보다 얇아지며 대향하는 말단에서는 두꺼워지는 경사진 슬롯이 바람직하다. 와이드 시이트가 바람직하다면, 도관 개방구 21 및 21'(도 6 참조)는 다이의 양 말단에 위치될 수 있으며, 양 말단에서 경사진 슬롯 23을 갖을 수 있다.

상기 오버플로우 표면은 다이 20의 외부에 형성되며 계량 장치와 연결되어 용융 중합체를 수렴 측면 24 및 25로 보내는, 한 쌍의 다이 립 40 및 41로 이루어진다. 상기 수렴 측면은 용융 흐름을 정단 26으로 보내며, 여기서 용융 웹은 다이로부터 배출된다. 오버플로우 표면이 질감있거나 부드러울 수 있다고 하여도, 부드러운 것이 바람직하다. 더욱이, 상기 오버플로우 표면은 편차 및 시이트내 결함을 최소화하기 위하여 매우 연마된 것이 바람직하다. 상기 오버플로우 표면은 코팅(예를 들어 전기도금 혹은 다른 전착 기술)으로 처리되어 다이의 표면 평활도를 개선시키고, 내부식성을 제공하거나 혹은 다이상에 흐름 특성을 개선시킬 수 있다.

다이의 구성 물질이 중요하다. 높은 열 전도성, 우수한 내부식성, 높은 모듈러스 및 광택 성능으로 인하여 금속이 바람직하다. 그러나 유리 및 세라믹과 같은 다른 물질들도 원칙적으로는 사용될 수 있다. 스테인레스 혹은 공구 등급 강철을 사용하는 것이 바람직하다.

비-평면 시이트가 바람직하다면, 다이 기하학 구조는 이 기술 분야에서 숙련된 자에게 잘 알려진 방법을 사용하여 개질될 수 있다. 예를 들어 곡진 시이트가 바람직하다면, 다이는 그 세로축을 따라 구부러질 수 있다.

일반적으로, 용융 플라스틱의 점도(전단비 10sec ^-1 에 대하여)는 1∼10,000Pa-s, 바람직하게는 5∼1,000Pa-s, 그리고 가장 바람직하게는 10∼500Pa-s를 유지하는 것이 바람직하다. 부가하여, 다이 길이 단위당 용융 흐름비(흐름비를 길이로 나눔)는 전형적으로는 1.0×10 ^-3 ∼10g/s/cm, 바람직하게는 1.0×10 ^-2 ∼1.0g/s/cm, 그리고 가장 바람직하게는 2.0×10 ^-2 ∼2.0×10 ^-1 g/s/cm범위내인 것이다. 상기 점도는 온도를 변화시킴에 따라 제어될 수 있다. 다이 디자인에 따라, 온도 제어가 다소 중요할 수 있다. 다이를 가로지르는 온도가 보다 클수록, 시이트의 두께도 커진다. 용융 온도는 다이를 가로질러 균일한 것이 바람직하다. 다이의 길이를 따라 하방으로 불균일한 온도 분포를 낳는 두께 편차는 슬롯 혹은 다른 계량 장치의 디자인을 변화시킴에 따라 최소화될 수 있다. 온도 제어는 예를 들면, 전기 카트리지 히터, 적외선 램프 히터, 가열된 오일(혹은 다른 열전이 유체), 가열 파이프, 혹은 고주파 히터로부터 하나이상에 의해 달성될 수 있다. 온도가 온도조절장치(thermostat)에 의해 제어되고, 온도의 균일성이 쉽게 달성될 수 있기 때문에 가열된 오일이나 다른 열전이 유체가 바람직하다. 상기 다이는 온도 변동을 최소화하기 위해서 부분적으로 밀폐된 영역내에서 하우징된 것이 바람직하다. 불활성 환경이 사용되는 것이 또한 바람직하다. 상기 불활성 환경은 수지의 착색 및 퇴화를 최소화한다.

하방 흐름은 중력에 의해 영향을 받기 때문에, 본질적인 것은 아니나 용융된 플라스틱은 다이를 통과한 후 하방으로 흐르는 것이 바람직하다. 흐름비는 중력 효과와 이송 수단(take-off means)에 의해 적용된 인장의 결합에 의해 결정된다. 플라스틱 흐름을 다이상에서 하방으로 전도시킴으로써, 중력은 시이트 흐름과 동일한 방향으로 작용하며, 이에 따라 이송 수단내에서 필요시되는 인장은 감소하고 시이트 품질이 개선되게 된다. 다이를 통과한 후의 용융 플라스틱은 "웹"으로 알려진 형태이다.

상기 이송 수단은 용융 플라스틱 웹을 다이로부터 제어된 속도로 이송하여 웹을 냉각하게끔 한다. 상기 이송 수단은 예를 들면 롤러 혹은 "탱크 트레드" 장치일 수 있으며, 여기서 시이트의 외부 모서리만을 이송 수단과 접촉시키게 된다. 시이트 표면의 평활도를 극대화시키기 때문에, "탱크 트레드" 장치가 바람직하다. 탱크 트레드 장치는 도 1 및 2의 장치의 일부로서 31, 32, 33 및 34로서 도시된다.

상기 이송 수단은 플라스틱 시이트가 제조되는 속도를 제어하고, 주어진 중합체 흐름비에서 시이트의 두께를 결정하게 되므로, 이송 수단의 속도 제어가 매우 중요하다. 이송 수단은 또한 시이트의 중량을 지지함으로써 일관된 시이트 너비 및 두께를 유지하게 한다. 지지되지 않은 용융 수지량이 최소화되도록 다이에 가능한한 가깝게 이송 수단을 위치시키는 것이 바람직하다. 다이의 정단으로부터 이송 시스템까지의 거리(예를 들면, 탱크 트레드 장치의 상부에서 닙(nip) 영역)은 전형적으로는 〈25cm, 바람직하게는 〈10cm, 그리고 가장 바람직하게는 〈5cm인 것이다.

시이트 이송 속도는 원하는 시이트의 형태 및 두께에 따라 변할 것이다. 예를 들어, 두께가 0.4mm인 시이트에 대하여, 시이트 이송 속도는 일반적으로는 10∼1000cm/분, 바람직하게는 20∼200cm/분, 그리고 가장 바람직하게는 50∼100cm/분의 범위내일 것인데 반하여; 두께가 1mm인 시이트에 대해서는 이송 속도는 5∼500cm/분, 바람직하게는 10∼100cm/분, 그리고 가장 바람직하게는 25∼50cm/분일 것이다. 유사한 방법으로, 구부리기 전에 이송 시스템내에서의 냉각도중의 잔류 시간도 변할 것이다. 예를 들어, 두께가 0.4mm인 시이트에 대하여, 구부리기 전의 잔류 시간은 일반적으로는 ≥10초, 바람직하게는 ≥1분, 그리고 가장 바람직하게는 ≥2분인데 반하여; 두께가 0.2mm인 시이트에 대해서는 구부리기 전에 잔류 시간은 일반적으로는 ≥5초, 바람직하게는 ≥30초, 그리고 가장 바람직하게는 ≥1분일 것이다.

상기 플라스틱 시이트는 이송 시스템에 의해 운반도중에 자연 대류에 의해, 혹은 강압 대류에 의해 냉각시킬 수 있다. 자연 대류는 공기 혹은 유체 욕조를 통하여 통과하는 동안 시이트를 수동으로 냉각시키는 것이다. 강압 대류는 열전이 유체를 시이트를 따라 혹은 시이트를 향하여 펌프 혹은 취입함으로써 열전이를 개선시켜 달성된다. 자연 대류는 시이트 잔결(sheet ripple) 및 표면 마크를 최소화하기에 바람직하다. 표면 오염 혹은 결함을 방지하도록 시이트를 냉각시키기 위해서는 청정 유체(미립자가 없는)를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, HEPA 필터가 이러한 목적으로 공기 혹은 가스 냉각시 사용될 수 있다. 사용된 유체가 가공하려는 플라스틱 물질에 유해하지 않다면 어떠한 유체 혹은 그 혼합물도 시이트 냉각에 사용될 수 있다. 유용한 냉각 유체의 예로는 공기, 질소, 물, 오일 및 글리콜이 있다. 코팅층으로서 작용하고 플라스틱 시이트상에 필름으로서 부착되고 냉각 욕조에 남겨지는 적절한 냉각제를 사용함으로써 냉각 공정과 코팅 공정을 결합하는 것이 가능하다.

다양한 임의의 장치가 하기 이송 수단에 사용될 수 있다는 것은 이 기술 분야에서 숙련된 기술자에게 인지될 것이다. 임의의 장치의 예로는 필름 권취기, 모서리 절단기, 시이트 절단기 및 충진 장치와 같은 통상의 필름 취급 장치를 포함한다. 부가하여, 다른 하방 장치로는 예를 들면, 생성 장치, 코팅 장치, 장식 장치 및 적층 장치를 이용할 수 있다.

본 발명의 공정은 어떠한 적절한 플라스틱 수지를 사용할 수 있으며, 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 열가소성 수지란 열에 노출될 때 가역적으로 연화되고 냉각시 경화되는 중합체 수지이다. 열가소성 수지는 실질적으로 교차결합되지 않는 선형 혹은 분지 중합체일 수 있다. 본 발명의 방법에 유용한 열가소성 수지는 실질적으로는 교차결합이 없으며 용융 가공 온도(즉, 점도가 10 ³ Pa-s인)에서 열 안정성(잔류 시간이 최대 10분이상)을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 공정에 유용한 열가소성 수지의 예로는 이에 한정하는 것은 아니나, 스티렌 및 그 유도체, N-알킬 말레이미드, 아크릴로니트릴 및 비닐 아세테이트로 형성된 공중합체를 포함하는 아크릴산, 메타크릴산 및 그 에스테르의 단일중합체 혹은 공중합체; 페녹시 에테르; 폴리페닐렌 옥사이드 수지, 에폭시 수지; 셀룰로오스 수지; 폴리비닐 클로라이드("PVC")와 같은 비닐 중합체; 플루오로화 에틸렌-프로필렌 및 폴리(비닐리덴 플로라이드)와 같은 플루오로중합체; 폴리스티렌; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리-4-메틸펜텐-1, 및 노로보르넨과 작용화된 노르보르넨 단량체에 기초한 것과 같은 고리형 올레핀 중합체 및 공중합체를 포함하는 폴리올레핀; 폴리술폰; 폴리에테르 술폰; 폴리에테르 케톤; 폴리에테르 이미드; 폴리페닐렌 술파이드; 폴리아릴렌 에스테르 수지; 폴리에스테르; NH 및/또는 N-알킬 글루타르이미드의 단일중합체 혹은 공중합체; 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지("ABS"); 스티렌-아크릴로니트릴 수지("SAN"); 스티렌-말레산 무수물 수지("SMA"); 이미드화 SMA; 폴리아미드("Nylons"); 고온 단일중합체 및 공중합체를 포함하는 폴리카보네이트; 폴리카보네이트-폴리에스테르; 폴리아릴레이트; 액정 중합체 및 그 혼합물을 유용하게 포함한다. 적절한 폴리카보네이트는 하나이상의 비스페놀과 하나이상의 탄산으로 이루어진다. 적절한 탄산으로는 이에 한정하는 것은 아니나, 포스겐, 디포스겐, 트리포스겐, 클로로포름산 에스테르와 같은 탄산 에스테르 및 그 혼합물을 포함한다. 적절한 비스페놀은 이에 한정하는 것은 아니나, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판; 2,2-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판; 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판; 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산; 2,2-비스(3-페닐-4-히드록시페닐)프로판; 2,2-비스(3-이소프로필-4-히드록시페닐)프로판; 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄; 9,9-비스(4-히드록시페닐)플루오렌; 9,9-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)플루오렌; 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산; 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3-디메틸시클로헥산; 1,1-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)-3,3-5-트리메틸시클로헥산;1,3-비스(4-히드록시페닐)-5,7-디메틸아다만탄; 1,1-비스(4-히드록시페닐)-1-페닐에탄; 4,4'-디히드록시-테트라페닐메탄; 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판; 6,6'-디히드록시-3,3,3',3'-테트라메틸-1,1'-스피로(비스)인단;과 같은 비스(4-히드록시페닐) 알칸 및 시클로알칸; 비스(3-치환된-4-히드록시페닐) 알킬-시클로알칸; 비스(3,5-2치환된-4-히드록시페닐) 알킬시클로알칸, 및 그 혼합물을 포함한다. 본 발명에 유용한 폴리에스테르-폴리카보네이트는 하나이상의 비스페놀, 하나이상의 탄산 및 테레프탈산과 이소프탈산과 같은 하나이상의 부가산을 포함한다. 본 발명에 유용한 폴리카보네이트 및 폴리에스테르-폴리카보네이트는 이 기술 분야에서 잘 알려진 것이다. 열가소성 수지의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 특히 유용한 열가소성 수지 혼합물로는 예를 들면, SAN-폴리글루타르이미드, 폴리카보네이트-폴리에스테르, PMMA-폴리(비닐리덴 플로라이드), 폴리스티렌-폴리(페닐렌 옥사이드) 및 비스페놀 A 폴리카보네이트와 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판과 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산의 공중합체와 같은, APEC 폴리카보네이트(Bayer Corp.)로부터 구입가능한 고온 폴리카보네이트 공중합체의 혼합을 포함하는 폴리카보네이트 혼합물,을 포함한다. 본 발명의 공정 및 장치에 사용하기에 바람직한 수지는 US 4,727,117(Hallden-Abberton등) 및 US 4,246,374(Kopchik)에 기술된 바와 같은 폴리카보네이트; 선형 아크릴산 단일중합체 및 공중합체; 고리형 폴리올레핀; 및 선형 이미드화 아크릴산 단일중합체 및 공중합체이다.

본 발명에 유용한 플라스틱 수지는 전형적으로는 부가 중합 혹은 축합 중합 공정의 결과물이다. 부가 중합 공정은 물 혹은 유기 용매 매질내에서의 벌크 중합 및 용액 혹은 분산 중합을 포함하며; 이러한 공정은 이 기술 분야에서 잘 알려져 있으며 양이온, 음이온, 혹은 유리 라디칼 개시 및 전파 반응을 도입할 수 있다. 축합 중합 공정은 벌크, 용액 및 분산 중합 공정을 포함한다. 벌크 중합외에 중합 공정에 의해 형성된 플라스틱 수지는 수지를 분리하기 위해 추후 처리를 필요로 할 수 있다.

하기 실시예는 나아가 본 발명의 다양한 견지를 예시하는 것으로, 본 발명의 사상을 이에 한정하는 것은 아니다.

실시예 1:아크릴성 필름의 제조

본 실시예는 광학 품질 아크릴성 시이트를 제조하는데 사용된 본 발명의 방법을 예시하는 것이다.

평균 분자량이 110,000인 PMMA 수지를 L:D비가 30:1인 2인치(5cm) 직경 단일 스크류 통기된 2-단계 압출기내로 체적측정 공급기를 사용하여 3.1g/s의 비로 급침강(starve)-공급하였다. 상기 압출기 배럴은 공급 말단에서 204℃로부터 배출 말단에서 274℃의 온도 구배를 갖는다. 상기 수지를 720∼750mmHg에서 작동하는 탈휘발 통기기를 사용하여 탈휘발시켰다. 상기 스크류를 30rpm으로 회전시켰다. 용융 수지를 스크린 충진 필터를 통하여 내부 도관의 직경이 1.27cm이고 1.27cm의 공간을 갖는 일련의 22개 계량 홀을 갖는 12"(30cm) 길이 오버플로우 다이로 펌프하는데 기어-타입 용융 펌프를 사용하였다. 상기 계량 홀의 직경은 다이의 공급 말단에서 하방 말단까지 3.18mm에서 3.73mm로 증가하였다. 용융 펌프 온도는 274℃였다. 용융 펌프 흡입압은 2100kPa였으며 용융 펌프 배출압은 약4100kPa였다. 내부적으로는 3개의 전기 카트리지 히터를 사용하고 외부적으로는 3개의 IR 가열 유니트를 사용하여 오버플로우 다이를 274℃까지 가열하였다. 다이의 정단에서 형성된 용융 웹을 2쌍의 탱크 트레드를 사용하여 이송하고 2쌍의 강제 환기기(plenum)을 사용하여 적용된 냉각된 강압 공기를 사용하여 냉각시켰다.

결과 시이트의 평균 두께는 0.325mm였으며, 표면 거칠기 Rq는 14.6nm였으며, 광학 지연도는 〈5nm였다.

실시예 2:이미드화된 아크릴성 시이트의 제조

본 실시예는 광학 품질 이미드화된 아크릴성 시이트를 제조하는데 사용된 본 발명의 방법을 예시하는 것이다.

중량 평균 분자량이 108,000이고 유리 전이 온도가 약180℃인 캡(cap)된 이미드화 아크릴 수지를 L:D비가 30:1인 2인치(5cm) 직경 단일 스크류 통기된 2-단계 압출기내로 체적측정 공급기를 사용하여 2.5g/s의 비로 급침강-공급하였다. 상기 압출기 배럴은 공급 말단에서 246℃로부터 배출 말단에서 329℃의 온도 구배를 갖는다. 상기 수지를 720∼750mmHg에서 작동하는 탈휘발 통기기를 사용하여 탈휘발시켰다. 상기 스크류를 30rpm으로 회전시켰다. 용융 수지를 스크린 충진 필터를 통하여 내부 도관의 직경이 1.588cm이고 0.038인치에서 0.042인치(0.965cm에서 1.067cm)로 경사진 16인치(40cm) 길이 슬롯을 갖는 25.5인치(65cm) 길이 오버플로우 다이로 펌프하는데 기어-형 용융 펌프를 사용하였다. 상기 용융 펌프 온도는 329℃였다. 상기 용융 펌프 흡입압은 약4100kPa였다. 용융 펌프 배출압은 약1650kPa였다. 다이는 다이내 내부 홀을 매개로 하여 가열 오일 시스템(오일 온도 343℃)을 사용하여 가열하였으며, 다이 주변 공기는 강압 오븐(온도 280℃)로 가열하였다. 다이의 정단에서 형성된 용융 웹을 1.2cm/s의 속도로 작동하는 2쌍의 탱크 트레드를 사용하여 이송하고, 실내 공기의 자연 대류에 의해 냉각시켰다.

냉각된 시이트로부터 200mm×200mm 조각을 절단하고 시험하였다. 결과 시이트의 두께는 0.390mm였으며, 편차는 ±0.015mm였다. 표면 파동 Wy 및 Wq는 각각 〈0.5μ 및 0.18μ였으며, 표면 거칠기 Rq는 7.6nm였으며 광학 지연도는 〈6nm였다. 160℃에서 측정된 열 수축율은 0.03%이하였다.

실시예 3:폴리카보네이트 시이트의 제조

본 실시예는 광학 품질 폴리카보네이트 시이트를 제조하는데 사용된 본 발명의 방법을 예시하는 것이다.

압출-등급 폴리카보네이트 수지(Lexan 101, GE Plastics, Pittsfield, MA)를 L:D비가 30:1인 2인치(5cm) 직경 단일 스크류 통기된 2단계 압출기내로 체적측정 공급기를 사용하여 4.4g/s의 비로 급침강-공급하였다. 상기 압출기 배럴은 공급 말단에서 232℃로부터 배출 말단에서 315℃의 온도 구배를 갖는다. 상기 수지를 720∼750mmHg에서 작동하는 탈휘발 통기기를 사용하여 탈휘발시켰다. 상기 스크류를 30rpm으로 회전시켰다. 용융 수지를 스크린 충진 필터를 통하여 내부 도관의 직경이 1.905cm이고 0.038인치에서 0.045인치(0.965mm에서 1.143mm)로 경사진 28인치(71cm)길이 슬롯을 갖는 37.5인치(95cm) 길이 오버플로우 다이로 펌프하는데 기어-형 용융 펌프를 사용하였다. 상기 용융 펌프 온도는 315℃였다. 상기 용융 펌프 흡입압은 약3400kPa였다. 용융 펌프 배출압은 약1300kPa였다. 다이는 다이내 내부 홀을 매개로 하여 가열 오일 시스템(오일 온도 315℃)를 사용하여 가열하였으며, 다이 주변 공기는 강압 오븐(온도 260℃)로 가열하였다. 다이의 정단에서 형성된 용융 웹을 1.2cm/s의 속도로 작동하는 2쌍의 탱크 트레드를 사용하여 이송하고, 실내 공기의 자연 대류에 의해 냉각시켰다.

냉각된 시이트로부터 400mm×400mm 조각을 절단하고 시험하였다. 결과 시이트의 두께는 0.43mm였으며, 횡방향 및 기계방향 모두에 대한 편차는 ±0.02mm였다. Wy는 〈1μ이었으며, Wq는 0.15μ였으며, 표면 거칠기 Rq는 〈10nm였으며 평균 광학 지연도는 편차가 10nm인 20nm였다. 130℃에서 측정된 열 수축율은 0.02%였다.

실시예 4:폴리카보네이트 필름의 제조

본 실시예는 광학 품질 폴리카보네이트 필름을 제조하는데 사용된 본 발명의 방법을 예시하는 것이다.

압출-등급 폴리카보네이트 수지(Lexan 101, GE Plastics, Pittsfield, MA)를 L:D비가 30:1인 2인치(5cm) 직경 단일 스크류 통기된 2단계 압출기내로 체적측정 공급기를 사용하여 2.5g/s의 비로 급침강-공급하였다. 상기 압출기 배럴은 공급 말단에서 232℃로부터 배출 말단에서 315℃의 온도 구배를 갖는다. 상기 수지를 720∼750mmHg로 작동하는 탈휘발 통기기를 사용하여 탈휘발시켰다. 상기 스크류를 30rpm으로 회전시켰다. 용융 수지를 스크린 충진 필터를 통하여 내부 도관의 직경이 1.905cm이고 0.038인치에서 0.045인치(0.965mm에서 1.143nm)로 경사진 28인치(71cm) 길이 슬롯을 갖는 37.5인치(95cm) 길이 오버플로우 다이로 펌프하는데 기어-형 용융 펌프를 사용하였다. 상기 용융 펌프 온도는 315℃였다. 상기 용융 펌프 흡입압은 약3400kPa였다. 용융 펌프 배출압은 약1300kPa였다. 다이는 다이내 내부 홀을 매개로하여 가열 오일 시스템(오일 온도 315℃)를 사용하여 가열하였으며, 다이 주변 공기는 강압 오븐(온도 250℃)로 가열하였다. 다이의 정단에서 형성된 용융 웹을 3.1cm/s의 속도로 작동하는 2쌍의 탱크 트레드를 사용하여 이송하고, 실내 공기의 자연 대류에 의해 냉각시켰다.

냉각된 시이트로부터 400mm×400mm 조각을 절단하고 시험하였다. 결과 필름의 평균 두께는 54μ였으며, 횡방향 및 기계 방향 모두에 대한 편차는 ±4μ였으며 광학 지연도는 〈10nm였다.

실시예 5:고온 폴리카보네이트 혼합물 시이트의 제조

Tg가 205℃인, Bayer, Corp., Pittsburgh, PA로부터 구입가능한 폴리카보네이트 공중합체, APEC DP9-9371 2.33부와 Tg가 150℃인 Bayer, Corp.,로부터 구입가능한 저분자량 폴리카보네이트, Makrolon DP1-1265 1부로된 예비혼합물을 체적측정 공급기를 사용하여 2.5g/s의 비로 압출기에 급침강-공급하였다. 상기 압출기는 L:D비가 30:1이고, 10cc/rev 기어-형 용융 펌프, 용융 필터, 회전 혼합기 및 오버플로우 다이를 갖는 직경이 5.08cm(2인치)인 2단계 단일 스크류 통기된 압출기였다. 개시에 앞서 모든 공정 장치를 질소 가스로 퍼지하였다. 수지를 720∼750mmHg로 작동하는 탈휘발 통기기를 사용하여 탈휘발시켰다. 상기 스크류를 30rpm으로 회전시켰다. 용융 수지를 5미크롱 소결된 금속 섬유 용융 필터(주름접힌 캔들 타입)을 통하여 계량하는데 기어펌프를 사용하였다. 필터를 가로지르는 수지의 유량은 압력 강하 3800kPa에서 8.6lb./hr./sq.ft였다. 압출기 배럴은 공급 말단 273℃에서 배출 304℃의 온도 구배를 갖는다. 용융 필터를 322℃로 유지시켰다. 압출기 공급 호퍼 및 오버플로우 다이 주변의 오븐을 질소로 불활성화시켜 수지내 교차결합된 겔의 생성을 최소화하였다. 용융 필터에서 배출된 다음, 수지를 용융 중합체가 165rpm에서 혼합되는 회전 혼합기에 장입하였다. 혼합기 배럴 온도를 325℃로 유지하였다. 용융 수지를 혼합기에서 빼내어 직경이 1.905cm인 내부 도관 및 0.038인치에서 0.045인치(0.965mm에서 1.143mm)로 경사진 28인치(71cm) 길이 슬롯을 갖는 37.5"(95cm) 길이 오버플로우 다이에 장입하였다. 다이 장입 압력은 약700kPa였으며, 내부 통로를 통하여 가열 오일을 순환시킴으로써 321℃ 온도로 유지시켰다. 다이주변의 질소를 강압 대류 오븐으로 240℃까지 가열하였다. 다이의 정단에서 형성된 용융 웹을 0.7cm/s의 속도로 작동하는 한쌍의 탱크 트레드를 사용하여 이송하고, 실내 공기의 자연 대류에 의해 냉각시켰다.

냉각된 시이트로부터 400mm×400mm 조각을 절단하고 시험하였다. 결과 시이트의 두께는 0.420mm였으며, 편차는 +/-0.020mm였다. 겔 계수는 200/sq.미터이하였다. 표면 파동 Wy 및 Wq는 각각 1㎛ 및 0.17㎛였다. 표면 거칠기 Rq는 〈10nm였다. 광학 지연도는 〈20nm였다. 160℃에서 측정된 열 수축율은 〈0.05%였다.

실시예 6∼8:광학 저장 매체의 제작

3개의 1.2mm 폴리카보네이트 시이트를 실시예 3에 의해 제조하였다. 각 시이트에 하기 기술된 중합체 코팅을 적용하였다. 일단 시이트가 코팅된 다음에는 가열 압인기(hot stamper)를 사용하여 엠보싱처리하였다. 상기 압인기는 플라스틱 시이트내에 1미크롱 이하 피트를 생성하도록 융기(bump)를 함유하였다. 상기 가열 압인기를 몇초동안 압력을 가하여 각 시이트에 적용하였다. 엠보싱처리후, 시이트를 스퍼터링 피복기를 사용하여 반사 물질층에 코팅하였다. 그런 다음 각 시이트상에 금속층을 UV 경화가능한 폴리아크릴레이트로 피복시켰다. 그런 다음 시이트를 프레스내에서 절단하여 광학 저장 매체내에서 사용하기에 적절한 120mm 디스크를 제공하였다.

실시예 # 중합체 코팅

6 Euderm 50UD

7 S1828

8 Norland 61

Euderm 50UD는 Rohm and Haas Company, Philadelphia, PA로부터 구입가능한 라텍스 코팅이다.

S1828은 Shipley Company, Marlborough, MA로부터 구입가능한 광중합체이다.

Norland 61은 Norland Company, New Brunswick, NJ로부터 구입가능한 US경화가능한 수지이다.

시험 방법

상기 실시예에서 제조된 시이트를 시험하는데 하기 시험 방법들이 사용되었다. 이들 시험 방법은 특성상 예시적인 것이며, 그 결과는 방법에 예속되는 것은 아닌 것으로 이 기술 분야에서 이해된다.

광학 지연도:

632.8nm 파장에서의 빛의 지연도를 하기 방식으로 측정하였다. 편광화된 레이저 빔(실험 프레임에 대하여 -45°편광됨)을 플라스틱 시이트를 통과시킨 다음, 상기 실험 프레임에 0°로 설정된 광학축에 배향된 광탄성 모듈레이터(PEM)(Model PEM-90, Hinds Instruments, Inc; Hillsboro, Oregon)를 통하여 통과시켰다. 상기 PEM 전압은 1/4 조파 지연도(158.2nm)로 설정하였다. 그런 다음 빛을 제2 선형 편광기(편광축 +45°)를 통하여 통과시키고 실리콘 다이오드 검출기(Model PDA-50, ThorLabs Inc.; Newton, New Jersey)에 의해 강도를 검출하였다. 상기 PEM과 검출기를 모듈레이트하고, 검출기로부터의 신호를 잠금 증폭기(Model 5210, EG＆G Princeton Applied Research; Princeton, New Jersey)에 의해 처리하였다. 상기 플라스틱 시이트를 레이저 빔에 직각으로 회전시켜 최대 신호를 발견하였다. 상기 최대 신호와 표준 1/4 파장 플레이트에 대하여 측정된 것을 비교하여 지연도를 결정하였다.

이와같이 하여 얻어진 물질의 광학 지연도를 두께로 나눔으로써 물질의 복굴절율이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 0.4mm두께 플라스틱 시이트에 대한 광학 지연도가 4nm라면, 물질의 복굴절율은 0.00001이다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 광학 품질 플라스틱 시이트의 복굴절율이 0.0002이하, 바람직하게는 0.00005이하, 그리고 가장 바람직하게는 0.00001이하이면, 물질의 복굴절율이 작은 것으로 여겨진다.

시이트 파동:

시이트 파동(Wy 및 Wq)는 SEMI Standard D15-1296과 유사한 절차로 철필 프로파일러(Surfanalyzer System 5000, Federal Products; Providence, Rhode Island)를 사용하여 측정하였다. 측정된 프로파일은 Gaussian 장파장 차단(8mm)으로 디지털 방식으로 필터링시켰다. Wy는 20mm 샘플링 길이에서 최대 및 최소값간의 차이며, Wq는 8mm이상에서 보정된 평균선으로부터 필터된 프로파일의 제곱 평균 제곱근의 평균 편차이며, 80mm 측정 길이에 걸쳐 평균내어진다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 고품질 시이트에 대하여, Wy는 ≤2.0μ, 바람직하게는 ≤1.0μ, 그리고 가장 바람직하게는 ≤0.5μ이어야 한다.

시이트 거칠기:

시이트 거칠기(Rq)는 철필 프로파일러(Dektak 3-30, Veeco/Sloan; Santa Barbara, CA)를 사용하여 SEMI Standard D7-94와 유사한 절차로 측정하였다. 측정된 프로파일은 Gaussian 장파장 차단(0.08mm) 및 단파장 차단(0.0025mm)으로 디지털 방식으로 필터링시켰다. 측정 길이는 0.4mm였다. 거칠기 파라미터(Rq)는 평균선으로부터 필터된 프로파일의 제곱 평균 제곱근의 평균 편차이다. 3가지 다른 측정값으로부터의 평균값을 기록하였다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 고품질 시이트에 대하여, Rq는 ≤50nm, 바람직하게는 ≤10nm, 그리고 가장 바람직하게는 ≤5nm이어야 한다.

수축율:

열처리 전후에 시료 길이를 직접 측정함으로써 수축율을 결정하였다. 플라스틱의 건조 조각의 길이를 결정하기 위해 여러번 측정하였다. 측정의 정확도는 0.005%였다. 시료를 그 Tg이하의 설정 온도에서 4시간동안 가열하였다. 실온까지 냉각시, 길이를 여러번 측정하여 다시 한번 결정하였다. 가열 사이클 전후에 길이의 변화%를 수축율로서 기록하였다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 고품질 시이트에 대하여, 수축율은 ≤0.10%, 바람직하게는 ≤0.075% 그리고 가장 바람직하게는 ≤0.05%이어야 한다.

겔 계수 시험 방법:

시이트 결함을 스크린상에 투영시킴으로써 겔 계수를 오버헤드 투광기에 의해 측정하였다. 각 400mm×400mm 시이트상에 9개의 3×3cm 영역을 계수하였다. 각각의 3×3cm ² 내에 스크린상에 투영된 표면 결함수를 계수하고, 그 수를 평균내어 시료에 대한 총 겔 계수를 얻었다.

본 발명에 의하면, 상대적으로 단가가 싸고, 고품질이며, 광학 및 전자 표시장치 적용처에서 기판으로서 사용될 수 있는 플라스틱 시이트를 연속식으로 제조할 수 있다.